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刀具的選擇

一、刀具的選擇

1、數控銑加工常用刀具的種類

數控銑加工刀具種類很多,為了適應數控機床高速、高效和自動化程度高的特點,所用刀具正朝著標準化、通用化和模塊化的方向發展,主要包括銑削刀具和孔加工刀具兩大類。數控銑刀具的分類有多種方法,我室數控銑常用刀具根據結構可分為:①整體式;②機夾式;機夾式又可分為不轉位和可轉位兩種;根據制造刀具所用的材料可分為:①高速鋼刀具;②硬質合金刀具;從切削工藝上可分為:平端立銑刀、圓角立銑刀、球頭刀等。

2、數控銑加工對刀具的要求

為了保證數控銑機床的加工精度,提高數控銑機床的生產效率及降低刀具材料的消耗,在選用數控銑機床刀具和刀具材料時,除滿足一般應用基本條件外,還要考慮在數控銑機床刀具工作條件等多方面因素,如切屑的斷屑性能、刀具快速調整與更換,刀具的耐用度,因此對刀具和刀具材料提出更高的要求。

1)銑刀剛性要好一是為提高生產效率而采用大切削用量的需要;二是為適應數控銑床加工過程中難以調整切削用量的特點。當工件各處的加工余量相差懸殊時,普通銑床很容易采用分層銑削解決,而數控銑削就必須按程序規定的走刀路線前進,碰到余量大時無法象通用銑床那樣“隨機應變”,除非在編程時能夠預先考慮到,否則銑刀必須返回原點,用改變切削面高度或加大刀具半徑補償值的方法從頭開始加工,多走幾刀。但這樣勢必造成余量少的地方經常走空刀,降低了生產效率,如刀具剛性較好就不必這么辦。2)銑刀的耐用度要高尤其是當一把銑刀加工的尺寸很多時,如刀具不耐用而磨損較快,就會影響工件的表面質量與加工精度,而且會增加換刀引起的調刀與對刀次數,也會使工作表面留下因對刀誤差而形成的接刀臺階,降低了工件的表面質量。除上述兩點之外,互換性好,便于快速換刀;刀具的尺寸便于調整,以減少換刀調整時間;刀具應能可靠地斷屑或卷屑,以利于切屑的排除;系列化,標準化,以利于編程和刀具管理,等等這些是數控加工需要注意的地方。(刀具配置:過去普通設備必須每種直徑的刀具都要采購,數控銑床由于刀具半徑補償功能的使用,避免了儲備的浪費,我室整體合金銑刀一般儲備10MM以下直徑的,就滿足日常生產了。

3、數控銑加工刀具類型的選擇

刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀態下進行的。應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是:安裝調整方便,剛性好,耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下,盡量選擇較短的刀柄,以提高刀具加工的剛性。生產中,被加工零件的幾何外形是選擇刀具類型的主要依據。

1)銑削刀具的選用:加工曲面類零件時,為了保證刀具切削刃與加工輪廓在切削點相切,而避免刀刃與工件輪廓發生干涉,一般采用球頭刀,粗加工用三刃過中心銑刀,半精加工和精加工用四刃銑刀;銑較大平面時,為了提高生產效率和提高加工表面粗糙度,一般采用刀片鑲嵌式盤形銑刀;銑小平面或臺階面時一般采用通用銑刀;銑鍵槽時,為了保證槽的尺寸精度、一般用兩刃鍵槽銑刀或整體合金銑刀;

2)孔加工刀具的選用:數控機床孔加工一般難度較大,必須選用耐用度較高的鉆頭,比如U鉆,整體合金涂層鉆頭等。盡量選擇較粗和較短的刀桿,以減少切削振動。在我室數控加工中,由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行,占用輔助時間較長,因此,必須合理安排刀具的排列順序。一般應遵循以下原則:

①盡量減少刀具數量;

②一把刀具裝夾后,應完成其所能進行的所有尺寸加工部位;

③粗精加工的刀具應分開使用,即使是相同尺寸規格的刀具;

④先銑后鉆;

⑤先粗加工,再精加工。

⑥應盡可能利用數控機床的自動換刀功能,以提高生產效率等。

另外,刀具的耐用度和精度與刀具價格關系極大,必須引起注意的是,在絕大多數情況下,選擇好的刀具雖然增加了當前刀具成本,但由此帶來的加工質量和加工效率的提高,刀具壽命的延長等,則可以使整個加工成本大大降低。總之,根據被加工工件材料的熱處理狀態、切削性能及加工余量,選擇剛性好,耐用度高的銑刀,是充分發揮數控銑床的生產效率和獲得優秀的加工質量的前提。(例如,某型號機構殼體外觀要求高,2003年之前用普通高速鋼加長銑刀耐用度差,產品表面粗糙度達不到要求,上下尺寸誤差達到0.3~0.5mm。后找國內廠家定做兩把φ20,切深80mm四齒整體硬質合金銑刀。確定加工先后順序,一把用來去除上下讓刀誤差,一把用側刃保證粗糙度。至今8年了,兩把刀依然能保證現在產品要求,還在使用。其使用成本早已收回。)

二、切削用量的確定

數控編程時,編程人員必須確定每道工序的切削用量,并以指令的形式寫入程序中。切削用量包括切削速度、背吃刀量或側吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方法,需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度,充分發揮刀具切削性能,保證合理的刀具耐用度并充分發揮機床的性能,最大限度地提高生產率,降低成本。

切削速度的確定銑削的切削速度與刀具的耐用度T、每齒進給量fz、背吃刀量ap、側吃刀量ae以及銑刀齒數Z成反比,與銑刀直徑d成正比。其中原因是fzapaeZ增大時,使同時工作齒數增多,刀刃負荷和切削熱增加,加快刀具磨損,因此刀具耐用度限制了切削速度的提高。假如加大銑刀直徑則可以改善散熱條件,相應提高切削速度。速度的確定進給速度F是數控機床切削用量中的重要參數,主要根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統的性能限制。在輪廓加工中,在接近拐角處應適當降低進給量,以克服由于慣性或工藝變形在輪廓拐角處造成旋刀現象。確定進給速度的原則:

1)當工件的質量要求能夠得到保證時,為提高生產效率,可選擇較高的進給速度。一般在200~400mm/min范圍內選取。

2)在加工深孔或用高速鋼刀具加工時,宜選擇較低的進給速度,一般在20~50mm/min范圍內選取。

3)當加工精度,表面粗糙度要求高時,進給速度應選小些,刀具轉速給高點,一般在20~50mm/min范圍內選取。

4)刀具空行程時,可以選擇該機床數控系統給定的最高進給速度。高轉速,大走刀量適用于整體合金銑刀,但同時對產品質量影響較大。背吃刀量的確定在保證加工表面質量加工質量的前提下,背吃刀量應據機床、工件和刀具的剛度來決定,在剛度答應的條件下,應盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量,這樣可以減少走刀次數,提高生產效率。工件表面粗糙度要求為Ra3.2~12.5μm,分粗銑和半精銑兩步銑削加工,粗銑后留半精銑余量0.5~1.0mm;工件表面粗糙度要求為R.8~3.2μm,可分粗銑、半精銑、精銑三步銑削加工,半精銑時端銑背吃刀量或圓周銑側吃刀量取1.5~2mm,精銑時端銑背吃刀量取0.5~1mm,圓周銑側吃刀量取0.3~0.5mm。(某型號頂蓋雙半圓槽熱處理后表面氧化皮不易加工,優化加工刀具順序,路徑。先用u鉆插銑去量,去掉輪廓拐角處大量,再用機夾合金刀具2mm深分層銑削,再執行精加工程序,這樣保證了精加工刀具耐用度,提高了效率,降低了損耗。)

總之,數控刀具和切削用量的選擇具有很大的靈活性,只有正確理解以上工藝要求,在實踐中不斷進行總結,合理運用才能有效提高質量,降低成本。

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